九甸峡混凝土面板堆石坝应力和变形有限元分析.pdf
《九甸峡混凝土面板堆石坝应力和变形有限元分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《九甸峡混凝土面板堆石坝应力和变形有限元分析.pdf(4页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 8 卷第 3 期 2 0 1 0年 6 月 南水北调与水利科技 S o u t h - t o - N o r t h Wa t e r T r a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e T e c h n o l o g y Vo 1 8 No 3 J u n 2 0 1 0 6 o i : 1 0 3 7 2 4 S P J 1 2 0 1 2 0 1 0 0 3 1 1 7 九甸 峡混凝土面板 堆石 坝应 力和变形有 限元分析 吕生 玺 ( 1 河海大学水利水电学院, 南京 2 1 0 0 9 8 ; 2 甘肃省水利水电勘测设计研究院, 兰
2、州 7 3 0 0 0 0 ) 摘要: 采用非线性有限元方法, 对修建在深厚覆盖层上的九甸峡混凝土面板堆石坝进行了深人研究, 得到了大坝坝体 应力应变 、 混凝土面板的应力应变、 河床防渗墙的应力应变状态, 以及面板周边缝的变形分布情况, 揭示了峡谷地区和 深厚覆盖层条件下面板堆石坝在各种工况下的应力应变规律, 为工程设计提供依据。 关键词: 面板堆石坝; 本构模型; 非线性有限元; 应力变形。 中图分类号 : T V3 1 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 1 1 7 0 4 Fi ni t e El e me n t
3、Ana l y s i s o n S t r e s s a nd De f o r mat i o n f o r J i u d i a n x i a Co n c r e t e F a c e Ro c k f i i l Da m I U Sh e n g - x i t 0 ( 1 C o l l e g e o f W r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o p o we r En g i n e e r i n g, Ho h a i U n i v , Na i n g 2 1 0 0 9 8 , C h i n a ; 2 T h
4、e Wa t e r R e s o u r c e a n d Hy d r o p o we r I n v e s t i g a t i o n De s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Ga n s u, L a n z h o u 7 3 0 0 0 0 , C h i n a ) A b s t r a c t :T h i s p a p e r c o n d u c t e d a d e t a i l e d r e s e a r c h i n t o J i u d i a n x i a c o
5、 n c r e t e f a c e r o c k - fi l l d a m ( C F RD)b y u s i n g t h e 3 - d i me n s io n a l n o n - l i n e a r FEM Th e s t a t e s o f s t r e s s a n d s t r a i n o f t he d a m b o d y,t h e c o n c r e t e f a c e ,t h e r i v e r b e d d i a p h r a g m wa l l ,a s we l l a s t h e d i s
6、 t r i b u t i o n s o f t h e p e r i p h e r a l j o i n t s a n d s l a b j o i n t s a r e o b t a i n e d Th e l a w o f s t r e s s a n d s t r a i n o f C F R D c o n s t r u c t e d o n t h i c k mo r a i n e c o v e r f o u n d a t i o n i n r i v e r v a l l e y s i n d i f f e r e n t o p
7、 e r a t i o na 1 s t a t e s i s r e v e a l e d The r e s e a r c h t h u s p r o v i d e d a ba s i s f o r e n g i n e e r i n g de s i g n Ke y wo r ds :CFRD; c o n s t i t u t i v e mo d e 1 ; n o n - l i n e a r f i n i t e e l e me n t ; s t r e s s a n d d e f o r m a t i o n 九甸峡坝址区河谷狭窄, 两岸
8、岸坡极不对称, 河床分布深 厚砂砾卵石覆盖层, 并有一深槽贯穿整个坝址 , 深槽覆盖层最 大厚度达 5 6 m, 为了满足河床深覆盖层的防渗要求 , 设计采 用了混凝土防渗墙垂直防渗的处理方案。该设计方案中防渗 墙与面板的连接是整个防渗体系的关键 , 也是大坝一地基整 个防渗系统的最薄弱环节, 必须给予足够的重视。本文重点 围绕上述问题 , 通过对坝体和坝基整体结构在不同工况下应 力变形的数值模 拟分析 , 深 入研究 覆盖层 上面板 堆石坝 的应 力变形特性 、 深 覆盖 层对 上部 坝体 变形 的影 响规 律 , 以及 坝 体一面板一趾板一连接板一防渗墙覆盖层之间的相互作用 性态等 , 对
9、工程的结构形式进一步进行了论证, 为设计方案的 确定提供了技术支持。 l 工程概况 九甸峡水利枢纽工程位于甘肃省卓尼、 临潭两县交界处, 黄河支流洮河中游的九甸峡峡谷进 口段 , 距兰州市约 1 9 3 k m, 是甘肃省引洮供水工程的龙头水利枢纽。 枢纽工程 水库 正常蓄水位 2 2 0 2 O 0 m, 校核洪水 位 2 2 0 5 1 1 m, 相应水库总库容 9 4 3 亿 r n 3 , 面板堆石坝最大高 度 1 3 3 m, 电站总装机容量为 3 0 0 MW。按 水利水电工程等 级划分及洪水标准 ( S I 2 5 2 2 0 0 0 ) 规定, 工程规模属于大( 2 ) 型,
10、工程等别为等, 主要建筑物为 2 级, 次要建筑物为 3级。 大坝按照 1 级建筑物设计。 九甸峡面板堆石坝关键问题有: 坝址区河道狭窄, 岸坡陡 峻, 特别是坝址左岸岸坡近于直立; 河床底部分布深厚覆盖 层 , 最深 为 5 6 m, 宽度只有 4 0 m左 右 ; 地震设计烈度 为 8度 ; 两岸存在地下水低凹带, 以及两岸卸荷裂隙发育等, 对面板坝 布置和结构设计 、 大坝的应力变形等很不利。针对关键问题 , 设计采取了相应工程措施 , 结合分析计算和模型试验等成果 , 确定在深厚覆盖层上修建面板碓石坝, 最大坝高 1 3 3 m, 坝顶 长 2 3 2 m, 设计坝体上游坡比为 1 :
11、 1 4 , 下游坡比为 1 : 1 3 、 1 : 1 4 ; 坝顶宽 1 0 m, 上游设钢筋混凝土“ L ” 型挡墙; 坝体填筑 料区自上游向下游依次为垫层区、 过渡层、 主堆石区、 可利用 区l 1 ; 垫层区水平宽为 4 m, 过渡层水平宽为5 m, 面板厚度变 收稿 日期 : 2 0 0 9 1 2 0 7 修 回日期 : 2 0 1 0 0 4 1 8 作者简介 : 吕生玺( 1 9 7 0 一 ) , 男 , 甘肃会宁人 , 教授级高级工程师 , 博士研究生 , 主要从事水利水电工程 的研究和设计工作 。 试 哦 藐 1 1 7 第 8 卷 总第4 8期 南水北调与水利科技 2
12、 0 1 0年第3期 化从上至下为 0 3 0 6 5 m; 岸坡趾板宽为 6 m, 河床平趾板 置于覆盖层上, 宽度 6 m, 通过 4 m宽的连接板与上游防渗墙 柔性连接l 2 。 2 计算模型 2 1 坝体和坝基材料计算模型 计算分析中, 坝体和地基等土石材料均采用邓肯一张双 曲线非线性弹性 E - B模 型I 3 , 基 岩、 混凝 土面板 、 混凝 土 防渗 墙和连接板等材料采用线弹性模型, 计算分析中采用逐次 增量法来模拟材料的非线性特性 5 。 切线弹性模量 : E ,一 K p 1 一 R , s ) 2 ( ) 切线 白 松 比: D( Ei ( 1 一 。) Rr S) 或
13、 一 +( q) S 切线体积模量: K 一 f 1 p n 卸荷或再加荷弹性模量: K P f 1 , 采用非线性有限元法计算坝体应力和应变, 其基本平衡 方程是 : K( “ ) “ 一 R 式中: K( ) 整体劲度矩阵; “ 一结点位移列阵; R 一结 点荷载列阵。 2 2接 触 面及 连接 分缝 的模 拟 在面板堆石坝的结构中, 涉及到刚性的混凝土面板与散 粒体堆石之间的相互作用面, 以及面板纵缝、 面板周边缝等接 缝系统 , 在面板堆石坝的数值计算分析中 , 对坝体及坝基 结构中各类不同材料的接触面嘲( 包括面板与垫层、 趾板与地 基、 连接板与地基、 防渗墙与地基等) 进行有效处
14、理是计算的 关键 。由于接触面两侧 材料 性质相差悬殊 , 在外力作用下 , 通 常都会表现出与连续体不同的剪切滑移、 脱开分离等特殊的 变形特征 , 因此, 在计算分析中需要采用特殊的单元来加以 模拟, 以准确、 真实的反映坝体各部位相互作用的特性。在以 往的计算分析中, 接触面的模拟常采用无厚度的 G o o d ma n 单 元m 来模拟, 但由于其无厚度的特性, 在实际计算分析中, 很 难保证单元两侧的节点不发生相互嵌入的现象, 而且, 法向劲 度取值过大或过小对于计算的精度也会产生不利的影响。从 实际工程的观测和试验室的试验中均可发现 , 在两种材料性 质相差悬殊的介质之间, 一般都
15、会在材料性质相对较弱的一 面形成一个薄层的剪切带, 因此, 采用薄层接触面单元来模拟 不同材料之间的接触情况可能会更接近实际。因此, 在本次 的计算分析中, 对面板与垫层、 趾板与地基、 连接板与地基、 防 渗墙与地基之间的接触面均采用薄层单元来模拟。计算程序 中薄层单元的形式与常规的实体单元相同, 对于面板与垫层 1 1 8 “ 试 |鑫 | 竞 。 之间的接触面, 薄层单元取垫层材料的力学特性, 趾板与地基 以及连接板与地基之问的接触面, 薄层单元取地基砂砾石材 料的力学特性, 而对于地基中混凝土防渗墙与周边砂砾石层 的接触面, 考虑到防渗墙造孔时因采用泥浆固壁, 在墙壁周围 会形成一层泥
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 九甸峡 混凝土 面板 堆石坝 应力 变形 有限元分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【ai****e】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【ai****e】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。